擠壓溫度對(duì)鋁合金材料組織和性能的影響研究

王軍社

（西北鋁業(yè)有限責(zé)任公司，甘肅 隴西 748111）

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，我國工業(yè)與國防行業(yè)都有了巨大的進(jìn)步，這些行業(yè)的發(fā)展，鋁合金材料發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。在傳統(tǒng)工業(yè)與國防行業(yè)中，鋼鐵材料的比重較大，但隨著經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，輕量化、節(jié)能環(huán)保、安全、美觀成了金屬材料發(fā)展的主題。例如：汽車制造業(yè)的減重降耗；由于鐵合金的質(zhì)量普遍較大，在輕武器的制造方面也不適用[1]。實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，根據(jù)具體合金要求，從其制作過程與工藝入手，制造出更符合使用要求的鋁合金材料。擠壓溫度包括鑄錠坯料溫度、擠壓筒溫度及工模具溫度等，對(duì)鋁合金擠壓材的組織和性能影響極為重要，本課題主要探究擠壓溫度對(duì)鋁合金材料組織和性能的影響，使鋁合金材料的質(zhì)量得到有效提高，能夠得到更廣泛的安全應(yīng)用。

1 探究擠壓溫度對(duì)鋁合金材料組織和性能的影響

在所有金屬元素中，鋁元素占很大一部分比例，是金屬元素總量的8%左右，排行第二，僅次于鋼鐵的含量。鋁元素具有很多優(yōu)點(diǎn)，本身帶有一定顏色，因此在很多行業(yè)中都能夠得到廣泛應(yīng)用。在純鋁中加入不同的金屬元素能夠制成各種用途的合金，供工業(yè)使用，除此之外還普遍應(yīng)用于建筑行業(yè)和人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)方面[2]。將鋁合金在一定溫度下進(jìn)行擠壓，根據(jù)需求會(huì)得到不同性能、組織及外觀要求的材料。擠壓溫度是擠壓產(chǎn)品成型與質(zhì)量保證的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要包括擠壓設(shè)備的溫度、工模具溫度、鋁合金材料自身的溫度以及操作前的預(yù)熱，在操作過程中，這三種溫度都有一定的范圍要求。為保證鋁合金材料的性質(zhì)不受改變，要求擠壓設(shè)備和工模具的溫度控制在一定范圍內(nèi)，不可超過鋁合金材料自身的溫度，以免對(duì)材料本身造成破壞。擠壓溫度是一個(gè)十分重要的參數(shù)，如果溫度過高，在對(duì)鋁合金材料進(jìn)行擠壓的過程中，抵抗變形的能力會(huì)降低，對(duì)鋁合金材料組織造成一定影響，使鋁合金成品的表面過于粗糙，擠壓工作的效率也會(huì)大大降低。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

（1）對(duì)某大型工廠流水線上的鋁合金材料進(jìn)行擠壓溫度影響實(shí)驗(yàn)，在45MN擠壓機(jī)上擠壓實(shí)驗(yàn)樣品，擠壓比為21，并對(duì)其進(jìn)行熱處理。第一種方案是在擠壓線水冷淬火；第二種方案是擠壓離線淬火爐加熱、水冷淬火，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1、圖2所示。

圖1 鋁合金在線條件下不同擠壓溫度對(duì)鋁合金材料的影響

圖2 離線條件下不同擠壓溫度對(duì)鋁合金材料的影響

通過圖1可以看出不同擠壓溫度下的鋁合金材料性能發(fā)生很大改變，隨擠壓溫度呈波動(dòng)型改變，波動(dòng)具有一定范圍，但無明顯規(guī)律，在達(dá)到某一擠壓溫度時(shí)，鋁合金的性能達(dá)到最高，而其他溫度時(shí)鋁合金材料的性能表現(xiàn)出了明顯的不足。通過圖2可以看出，離線淬火熱處理鋁合金材料，在不同擠壓溫度下擠壓經(jīng)熱處理后的最終性能不會(huì)發(fā)生很大改變，波動(dòng)范圍較小。由此可知，針對(duì)不同的鋁合金產(chǎn)品生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，擠壓溫度須控制在合適的范圍內(nèi)，才能提高生產(chǎn)效率，確保材料的組織良好、性能優(yōu)異。

（2）探究擠壓溫度對(duì)某工廠內(nèi)生產(chǎn)的不同鋁合金材料組織的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 擠壓溫度對(duì)不同鋁合金組織的影響

由表1可知，在擠壓溫度相同的情況下，不同鋁合金受擠壓溫度的影響程度不同，擠壓溫度可以明顯改變合金塑形變形的能力。當(dāng)擠壓溫度在400℃以下時(shí)，鋁合金的裂紋程度較輕；當(dāng)擠壓溫度在400℃以上時(shí)，鋁合金的裂紋程度較嚴(yán)重，而且隨著擠壓溫度的升高裂紋趨勢(shì)越來越嚴(yán)重，并且擠壓壓力也會(huì)隨擠壓溫度整體升高而增大，生產(chǎn)效率受到嚴(yán)重影響。不同鋁合金材料，溫度對(duì)其粗晶組織的影響不同。溫度對(duì)3A21合金的晶粒組織影響不大；7075合金在溫度較低時(shí)粗晶現(xiàn)象較嚴(yán)重，當(dāng)溫度達(dá)440℃時(shí)，擠壓經(jīng)后續(xù)熱處理后的粗晶現(xiàn)象明顯減少；6A02合金在擠壓溫度較高時(shí)粗晶現(xiàn)象明顯，低溫?cái)D壓（試驗(yàn)結(jié)論：溫度在330℃～370℃范圍內(nèi)）經(jīng)后續(xù)熱處理后的粗晶現(xiàn)象明顯降低或消失。

從實(shí)驗(yàn)不難看出，鑄錠加熱溫度、擠壓筒溫度、工模具溫度共同影響鋁合金材料的擠壓成型與組織、性能。正常情況下，應(yīng)該是鑄錠加熱溫度高于擠壓筒溫度、擠壓筒溫度高于工模具溫度。實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，可根據(jù)具體合金的特點(diǎn)及產(chǎn)品技術(shù)要求，配比最佳的擠壓溫度，既要保證產(chǎn)品質(zhì)量、更要提高生產(chǎn)效率。鋁合金與其他金屬材料一樣，擠壓溫度對(duì)組織造成的影響有一定局限性。通過多次實(shí)驗(yàn)不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)擠壓溫度發(fā)生改變時(shí)，鋁合金材料自身的穩(wěn)定性受到一定影響，從而對(duì)其強(qiáng)度和硬度產(chǎn)生間接性改變。因此為提高鋁合金材料的強(qiáng)度與耐用程度，須對(duì)鑄錠坯料溫度、擠壓筒溫度及工模具溫度進(jìn)行全面控制，保證材料質(zhì)量，增加使用的安全性，為相關(guān)行業(yè)提供更高的保障以及更好的使用體驗(yàn)。

3 結(jié)語

鋁合金材料的性質(zhì)較為復(fù)雜，這就對(duì)鋁合金的制造工藝提出了更高的要求，特別是在對(duì)擠壓溫度控制方面需要較高的技術(shù)。探究離線與在線兩種不同條件下擠壓溫度對(duì)鋁合金材料的影響，為鋁合金的生產(chǎn)制造提供理論基礎(chǔ)，使其應(yīng)用更加廣泛。